Simulink算法建模： 状态机基础

本文研究基本的状态机建模及其生成的代码。状态机是使用Simulink的精髓之一，在实际工程中应用广泛。

1 Simulink中的Chart模块

Chart模块用于描述状态之间的跳转关系，在汽车软件开发过程中经常用到。在状态机中需要定义状态、状态间跳转条件、输入输出及本地变量等。本文会用一个简单的例子来研究状态机建模，并通过生成的代码了解其中的原理。

2 状态机建模

假如现在有一个需求，车速高于某个值的时候，输出变量为运动状态，低于该值的时候为静止状态。针对该问题第一反应是用if-else条件判断实现，但是也可以用状态机建模来实现。后面演示状态机建模过程。

1）首先拖出一个Chart模块，此时它的两边是没有输入输出接口的；

2）双击进入Chart，打开它的Model Explorer，添加输入接口为VehicleSpeed，输出接口为MotionState，分别表示输入的信号是车速信息，输出的信号是车辆运动状态；

此时，Chart模块就会刷新为有一个输入输出口；

3）接着，需要在Chart内定义状态、状态跳转条件；

对其中的解释如下：

• 两个矩形框分别代表Stop和Move两个状态，左上角是状态的名称；
• 状态框中的en和du表示进入状态和处于状态中时，执行的语句，这里是进入状态时给MotionState赋值对应的常数；
• 状态之间的箭头表示跳转，方括号内的语句为条状条件，这里是当车速大于一定的值以后由Stop跳转到Move，小于该值从Move跳转会Stop；
• Stop上方的箭头表示初始时刻默认跳转到Stop中；

4）上一步中的STOP/MOVE/P_VehStopThres这三个变量没有定义过，状态机不知道是什么，所以先在Matlab工作空间定义；

在工作空间中定义MOVE和STOP为boolen类型，数值分别为1和0；P_VehStopThres定义为single类型，数值为0.5，意为车速超过0.5就判定为运动状态，反之为静止状态；

接着，在Chart模块内定义这三个变量为Parameter参数，继承Simulink中的类型；

5）最后，设置Chart内的工作语言为C语言，默认为Matlab语言；勾选Execute (enter) Chart At Initialization表示在零时刻初始化状态机；这两个是博主工作习惯，可以根据自己需要来配置；

至此，Chart模块的建模算是完成了

3 模型仿真

在Chart模块外部添加一个Signal Builder输入模块，一个Scope输出模块。

Signal Builder输入模块中定义车速，从0到0.9再回到0，预计结果应该是先是静止状态，再运动状态，再静止状态。

运行模型，得出结果符合预期；

4 代码生成

将模型的输入输出替换成port口，Ctrl + B生成代码。

1）首先，除了输入输出口对应的全局变量，生成了另一个全局变量demo_DW，储存了当前所在的状态。

该状态可以取两个枚举量：demo_IN_Move和demo_IN_Stop。

2）在Step函数中，生成了很多条件判断嵌套。其基本思路和状态机中一样，会判断demo_DW，即当前状态，以及状态跳转条件CAN_VehicleSpeed，从而在分支中给出不同的MotionState值输出。

这段代码比较好看懂，可以自己看看研究一下。

就该案例而言，直接用一个Switch模块判断车速，输出状态更为方便，代码也会更简单。但是如果状态内的执行语句更复杂，或者状态之间的跳转更加复杂，还是应该使用Stateflow状态机来进行建模。这一不仅保证了模型的可读性，状态机形式的策略建模也会大大减少逻辑出错的可能性。

5 总结

本文研究了状态机的建模和代码生成。需要注意其中的配置，以及生成代码中代表状态的全局变量。

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